Was ist ein GPS Chip?
Ein GPS Chip ist ein Chip mit einer eingebauten Schaltung zur Berechnung der aktuellen Position durch Anschluss oder Einbau einer GPS-Antenne, die Signale von GPS-Satelliten empfängt.
GPS ist die Abkürzung für Global Positioning System, das die Position einer Person auf der Erde durch Kommunikation mit Positionierungssatelliten des US-Verteidigungsministeriums bestimmt. Die GPS-Chips werden aktiv weiterentwickelt, um eine höhere Präzision, eine geringere Größe und eine höhere Leistung zu erreichen.
Derzeit werden neben den GPS-Satelliten auch das GNSS (Global Navigation Satelite System), das sich auf vier Satellitensysteme bezieht – das russische GLONASS, das Galileo der EU und das chinesische Beidou – sowie die Signale von Indiens GAGAN und Japans MICHIBIKI usw. unterstützt. Diese sind inzwischen weit verbreitet.
Anwendungen von GPS Chips
GPS wurde für militärische Anwendungen, wie z. B. Lenkraketen, entwickelt, wurde aber auch für die zivile Nutzung zur Unterstützung der Navigation von Schiffen und Flugzeugen geöffnet.
GPS Chips wurden entwickelt und miniaturisiert und werden nun in Navigationssystemen für Autos und tragbaren Geräten wie Smartphones und Tablets eingesetzt. Dies ermöglicht die Navigation zu aktuellen Standorten und Zielen über Kartenanwendungen.
Sie werden auch als GPS-Logger in tragbaren Geräten wie Smartwatches verwendet, um die zurückgelegte Strecke, die Anzahl der Schritte und die Bewegungshistorie zu überprüfen. Darüber hinaus wird an der Entwicklung und an weiteren Anwendungen für die Raumfahrtindustrie gearbeitet.
Funktionsweise von GPS Chips
GPS-Satelliten verfügen über eine sehr genaue Uhr (Atomuhr), die auf den Frequenzen der Spektrallinien von Atomen und Molekülen basiert, und die von den GPS-Satelliten ausgesendeten Signale übermitteln hauptsächlich diese genaue Zeit- und Satellitenpositionsinformation.
Multipliziert man die Ankunftszeit des Signals vom GPS an den GPS Chip mit der Lichtgeschwindigkeit, erhält man die Entfernung zum GPS-Satelliten. Das bedeutet, dass der GPS Chip auf einer Kugel geortet werden kann, deren Radius der Entfernung zu diesem Zeitpunkt entspricht.
Dies wird für mehrere Satelliten durchgeführt, und der Punkt, an dem sich die Kugeln aller Satelliten schneiden, wird als aktueller Standort ermittelt. Je mehr Satelliten empfangen werden, desto höher ist die Genauigkeit, wobei eine Position bereits dann ermittelt werden kann, wenn Informationen von mindestens drei Satelliten empfangen werden.
Die Satelliten sind mit Atomuhren ausgestattet und können die Zeit sehr genau übertragen, während der empfangende GPS Chip keine Atomuhr besitzt. Die Empfangsseite ist mit einer gewöhnlichen Quarzuhr ausgestattet, die jedoch nicht so genau sein kann wie eine Atomuhr. Daher muss sie die Daten von mindestens vier Satelliten empfangen und die Zeit anhand der vier Variablen x, y, z und t korrigieren.
Weitere Informationen über GPS Chips
1. Höhere Genauigkeit des GPS Chips
Licht legt etwa 300 000 km (300 Millionen Meter) pro Sekunde zurück, so dass selbst ein Fehler von 10 Millionstel Sekunden einen Fehler von 30 Metern ergibt. Zusätzlich zu den Fehlern aufgrund der Zeitinformation gibt es Fehler aufgrund der Satellitenpositionsinformationen, Fehler aufgrund der Ionosphäre und der Feuchtigkeit in der Atmosphäre, Fehler aufgrund von Reflexionen an Gebäuden und Bergen und Fehler aufgrund der geringen Anzahl von Satelliten, die die Daten empfangen können, aber durch die Korrektur dieser Fehler mit verschiedenen Methoden liegen die Fehler innerhalb weniger Meter.
In den letzten Jahren wurden mit GNSS Fehler von mehreren Dutzend Zentimetern erreicht, und die japanische Version von GPS, MICHIBIKI, befindet sich in der Nähe des Zenits, wodurch sich die Zahl der empfangbaren Satelliten erhöht, so dass ein Chip, der dies unterstützt, Fehler von wenigen Zentimetern erreichen und für den automatischen Betrieb von Traktoren und Reispflanzmaschinen eingesetzt werden kann.
2. Was die Miniaturisierung der GPS-Chips möglich gemacht hat
Die Miniaturisierung des GPS Chips hat es ermöglicht, dass er in folgende Geräte eingebaut werden kann:
- GPS-Tracker
Ein auf einem GPS Chip montiertes Allzweckgerät von der Größe einer Münze, das an verschiedenen Objekten angebracht werden kann, um Standortinformationen zu übermitteln. Es ist klein und leicht (2,7 cm x 2,7 cm, 16 g) und kann für etwa 30 USD erworben werden. - Drohnen
Da die GPS-Module kleiner und billiger geworden sind, haben auch mit GPS ausgestattete Drohnen eine größere Verbreitung gefunden. Vor allem die Handelspreise sind deutlich gesunken, so dass sie für die Nutzer erschwinglicher geworden sind: Selbst Modelle mit 4K-HD-Hochwinkelkameras können jetzt für unter 100 USD auf großen Versandhandels-Websites erworben werden.